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立體電影是用兩個鏡頭如人眼那樣從兩個不同方向同時拍攝下景物的像，制成電影膠片；在放映時，通過兩個放映機，把用兩個攝影機拍下的兩組膠片同步放映，使這略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上，這時如果用眼睛直接觀看，看到的畫面是模糊不清的，要看到立體電影，就要在每架電影機前裝一塊偏振片，它的作用相當于起偏器，從兩架放映機射出的光通過偏振片后，就成了偏振光，左右兩架放映機前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而產生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直，這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處，偏振光方向不改變，觀眾用上述的偏振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應的偏振光圖象，即左眼只能看到左機映出的畫面，右眼只能看到右機映出的畫面，這樣就會像直接觀看那樣產生立體感覺，這就是立體電影制作的原理。
制作3D電影時，動畫制作者們用電腦建立起立體攝影設備，以模仿人類的正常視覺。每個立體攝影設備包含兩個攝像頭——分別模仿兩只眼睛的視覺功能。因此，為了讓畫面立體，電影制作時就需要對左眼和右眼的圖像分別進行渲染。目前在電影院里主要是播放采用兩種不同原理的3D影片，一種大屏幕立體電影，另一種是為紅藍補色立體電影。 IMAX IMAX影片為了大幅增加影像的解析度，而采用了特殊的65毫米底片及其專用攝影機攝制，然后沖印成70毫米膠片，傳統70毫米膠片的影像尺寸為48.5毫米×22.1 毫米，而IMAX膠片的影像尺寸為69.6毫米×48.5毫米，即“15/70”格式——膠片每格上有15個齒孔。因此，IMAX影片的每格畫面的感光面積是普通35毫米膠片每格畫面的10倍、傳統70毫米膠片的3倍。從而決定了在“巨幕”上投放出的影像比一般電影更清晰、更亮麗。這種膠片的拷貝非常笨重，放映時需要專門的起重設備或集合多人之力才能搬動。由于尺寸比一般的膠片大得多，所以IMAX膠片的進片速度也是一般膠片的三倍，每6毫秒就放映一格，每1秒鐘放映的膠片長1.7米，每分鐘則是102.6米，因此，時長兩小時的IMAX影片，其膠片長度有12.312公里。 IMAX放映機精密度最高，功率最強，達到了前所未有的先進水平。其運作的可靠性及穩定性的關鍵所在，是采用了獨特的"波狀環行"(ROLLING L00P)進片技術；這項技術是使電影膠片如波浪般沿水平方運行。在放映過程中，每一畫格都由真空裝置牢牢吸附在鏡頭的后部，使畫面的穩定性大大超過任何常規標準，而圖像更是水晶般清晰。IMAX放映機15千瓦的燈箱的功率之大，人的肉眼可以看見它在月球上發射出的光點。
IMAX技術是效果最好的，即所謂的偏振光技術，在播放時用兩部帶偏振鏡的放映機同步放映兩路視差影像，即左右眼分別應該看到的影像。因此不使用3D偏振光眼鏡的話，屏幕上看到的就是重影影像，而觀眾配帶的3D眼鏡就是兩個偏振光鏡片，通過它們就能讓我們的左右眼分別看到屏幕上放映的左右眼視差圖像，產生立體效果。
 紅藍補色立體電影 國內以前放映的立體電影都是紅藍補色立體電影，觀看影片時，影院會發給觀眾一個左紅右藍的濾色眼鏡，戴上后左眼就能看到屏幕上的紅影圖象，右眼看到藍影圖像，從而產生立體影像，這種立體電影效果比IMAX要差很多。但它的成本較低，即使在普通的電影銀幕也能放映，可以讓更多的人體會到立體電影帶來的視覺魔術。這種立體電影在攝像時，用兩個攝像機成一定固定角度同時拍攝（模仿人的兩眼），然后把兩個有角度差的視頻疊加在一起，左鏡頭用紅色鏡片過濾，右鏡頭用藍色鏡片過濾。觀看時，戴上紅藍眼鏡，左眼為紅色鏡片，在同一屏幕上便只看到左邊攝像機拍攝的視頻，右眼藍色同理。這樣雙眼分別看到不同的視頻，兩個攝像機就像人的兩眼，觀看物體時像現實生活中一樣兩眼有一定角度差，可以看出物體的遠近，立體效果就出來了。
現在，由于數字技術的廣泛應用，大大簡化了立體影片在后期制作時剪輯、特效、配光調色等方面的工序，而且如果是制作動畫立體影片，還可以利用數字技術虛擬另外一個攝影機，用一條影片的內容就可生成兩只眼對應的影片。但是拍攝真人實景立體影片在攝制方面依然存在較大的難度，不過國際上已經有許多人在嘗試用數字攝影機于拍攝立體電影和，相信真人實景拍攝的數字3D影片將很快面世并逐漸增多。此外，數字技術豐富了節目內容。膠片立體電影由于制作技術的限制，很難加入特技，再加上膠片立體電影制作困難，所以能吸引觀眾的片源稀少，這在膠片時代是造成立體電影難以發展的最大的一個問題。現在數字技術的應用降低了人們制作動畫立體影片的難度，數字動畫特技的大量使用擴展了制作人的創作空間。而且除了數字動畫立體電影之外，還可以用數字攝影機拍攝數字3D影片，可通過數字技術將普通2D膠片電影轉成數字3D格式。
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